Сбор нагрузок на поперечную раму. Определение усилий в стойках рамы при различных схемах загружения. Расчёт прочности колонны

Министерство

образования

Российской Федерации

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра  ПГС

Курсовая работа

«Железобетонные конструкции»

Выполнил: студент группы ПГС -1-98

Руководитель: 

г. Ухта 2002 год

                                                                         

Содержание:

1.  Исходные данные …………………………………………………………………………………..3

2.  Конструктивная схема здания ………………………………………………………………………

3.  Компоновка поперечной рамы ……………………………………………………………………..

4. Сбор нагрузок на поперечную раму .……………………………………………………………….

5. Определение усилий в стойках рамы при различных схемах загружения ………………………

6. Расчёт прочности колонны ………………………………………………………………………….

7. Расчёт фундамента под колонну ……………………………………………………………………

8. Расчёт арки ………………………………………………………………………………………….

8.1. Данные для проектирования ……………………………………………………………………..

8.2. Расчётный пролёт и нагрузки ……………………………………………………………………

8.3. Геометрические характеристики и усилия в сечениях арки …………………………………...

8.4. Расчет прочности затяжки ………………………………………………………………………..

8.5. Определение потерь предварительного напряжения арматуры затяжки ……………………..

8.6. Расчет трещиностойкости сечений затяжки ……………………………………………………

8.7. Проверка прочности затяжки при обжатии бетона …………………………………………….

8.8 Расчёт прочности нормальных сечений верхнего пояса арки ………………………………….

8.9. Расчёт прочности наклонных сечений арки …………………………………………………….

8.10 Расчёт прочности и трещиностойкости подвески ……………………………………………..

10. Графическая часть …………………………………………………………………………………

11.  Список литературы ………………………………………………………………………………..

		Подпись	Дата	КП-02069562-290300-95 -02
Руководитель	Е.Н
Разработал	Е.М.			Железобетонные и каменные конструкции многоэтажного промышленного здания	Стад	Лист	Листов
						2
					УГТУ ПГС-1-98

1. Исходные данные

Здание отапливаемое, 2-х пролётное. Пролёт здания 33м, шаг колонн 6м, длина деформационного блока 60м. Мостовые краны среднего режима работы грузоподъемностью 200 кН. Снеговая нагрузка – s₀ = 1кПа. Ветровая нагрузка – w₀=0.38 кПа. Средняя скорость ветра за 3-и наиболее холодных месяца – 5м/с. Кровля рулонная.  

2. Конструктивная схема здания

Элементом конструкции одноэтажного каркасного здания являются: колонны, заделанные в фундамент, ригели покрытия (арка) опирающиеся на колонны, плиты покрытия уложенные по ригелям, подкрановые балки. Основной конструкцией каркаса явл. поперечная рама образованная колоннами и ригелями. Пространственная жёсткость и устойчивость одноэтажного каркасного здания достигается защемлением колонны в фундамент. В поперечном направлении пространственная жёсткость здания обеспечивается поперечными рамами, в продольном – продольными рамами, образованные те ми же колоннами, элементами покрытия, подкрановыми балками и вертикальными связями. Перемещение груза поперёк пролёта производственного здания осуществляется движением по мосту крана тележки с крюком (в пролёте работают 2-а мостовых крана) грузоподъемностью 200кН.

 

Тип рельса – КР70

Высота рельса – h =120 мм

Ширина головки – b=70 мм

Ширина подошвы – b₂=120 мм

Площадь сечения – F=67.3 см

Моменты инерции – Jx=1081.99; Jy=327.16

Масса 1м – 52.7 кг

Lкр=l-0.75×2=33-0.75×2=31.5м

Q	l, м	l, м	lkр, м	В, м	К, м	Fmax, кн	Gт, кн	Gк, кн	Hкр, м
200	33	0.75	31.5	6.3	5	255	85	465	2.4

 

3. Компоновка поперечной рамы.

Требуемая высота колонны от отметки 0.00 до верха консоли:

H_H=О.Г.Р-h_пб-h_р=6.95-1-0.12=5.83м

h_пб=1м.

Требуемая высота верхней части колонны:

H_в= h_пб+ h_р+H_кр+d=1+0.12+2.4+0.1=3.62м

d=0.1м.

Полная высота колонны:

H=H_Н+H_В=5.83+3.62=9.45»9.6м (кратно 0.6м)

H_В=H-H_Н=9.6-5.83=3.77м

d=H_В-h_пб-h_р-H_кр=3.77-1-0.12-2.4=0.25м

H^р_н=H_н+0.15=5.83+0.15=5.98м

H_p=H+0.15=9.6+0.15=9.75м

H^в_ст=0.6+h_риг+h_пл+h_кр+0.3=2.1м»2.4м

h_риг=0.8м

h_пл=0.3м

h_кр=0.1м

Колонна сплошная (Q<300кН, H_к<12м), привязка нулевая (Q<300кН, шаг колонн 6м).

Вес подкрановой балки=4.2т

Вес арки=37т

 

4. Сбор нагрузок на поперечную раму.

Постоянная нагрузка.

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на колонну:

F¹_ст=g₁+åh×a×g_f×g_n=2.5×2.4×6×0.95×1.1=37.62 кН

g₁=2.5 кН/м³; а – шаг колонн.

F²_ст=(g₁×åh+g₂×åh)×a×g_f×g_n=(2.5×2.4+0.4×1.2)×6×1.1×0.95=40.63 кН

g₂=0.4 кН/м³

F³_ст=(g₁×åh+g₂×åh)×a×g_f×g_n=(2.5×1.2+0.4×5.4)×6×1.1×0.95=32.35 кН

 

Расчётная нагрузка от веса колонн:

на крайнюю колонну:

F_над=h₂×b×H_верх×g_ж/б×g_f×g_n=0.38×0.5×3.77×25×1.1×0.95=18.7 кН

F_под=h₁×b×H^р_н×g_ж/б×g_f×g_n=0.5×0.5×5.98×25×1.1×0.95=39.1 кН

на среднюю колонну:

F_над=h₂×b×H_верх×g_ж/б×g_f×g_n=0.5×0.5×3.77×25×1.1×0.95=24.6 кН

F_под=h₁×b×H^р_н×g_ж/б×g_f×g_n=0.5×0.5×5.98×25×1.1×0.95=39.1 кН

Нагрузка от веса покрытия приведена в таблице.

Расчётное опорное давление фермы: от покрытия 2.3225×6×33/2=229.93 кН; от арки (370/2)×1.1=203.5 кН.

где 1.1 – коэффициент надёжности по нагрузке.

Собственный вес	Нормативная нагрузка н/м2	Коэфф. надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка н/м2
Ж/б ребристых плит покрытия размером в плане 3х12м с учётом заливки швов.	1025	1.1	1127.5
Обмазочной пароизоляции.	50	1.3	65
Утеплителя(готовые плиты)	400	1.2	480
Асфальтовой стяжки толщиной 2мм	350	1.3	455
Рулонного ковра	150	1.3	195
Итого			2322.5

Расчётная нагрузка от веса покрытия с учётом коэффициента надёжности по назначению здания g_n<0.95: на крайнюю колонну F₁=(229.93+203.5)×0.95=411.76 кН, на среднюю F₂=2×F₁=2×411.76=1647.04 кН.

Расчётная нагрузка от веса подкрановых балок:

F=G_п×g_f×g_n=42×1.1×0.95=43.89 кН

 

Временные нагрузки.

Снеговая нагрузка.

Вес снегового покрова на 1м² площади горизонтальной проекции покрытия для III района, согласно главе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», s₀=1 кПа=1000 Н/м². Так как уклон кровли 3%<12%, средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяа u=5м/с>2м/с снижают коэфф. перехода m=1 умножением на коэфф. k=1.2-0.1×u=1.2-0.1×5=0.7 т.е km=1×0.7=0.7. Расчётная снеговая нагрузка при km=0.7, g_f=1.4, g_n=0.95; на крайние колонны F=s₀×km×a×(l/2)×g_f×g_n=

=1×0.7×6×33/2×1.4×0.95=92.2 кН; на средние колонны F=2×92.2=184.4 кН.

Крановые нагрузки.

Вес поднимаемого груза Q=200 кН. Пролёт крана 33-2×0.75=31.5м. База крана М=630см, расстояние между колёсами К=500см, вес тележки G_п=85 кН, F_n,max=255 кН, F_n,min=(Q+G+G_т)/2- F_n,max=(200+465+85)/2-255=120 кН.

Расчётное максимальное давление на колесо крана при g_f=1.1: F_max=F_n,max×g_f×g_n=255×1.1×0.95=266.5 кН, F_min=120×1.1×0.95=125.4 кН. Расчётная поперечная тормозная сила на колесо:

кН

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэфф. сочетаний g_I=0.85; D_max=F_max×g_I×åy=266.5×0.85×1.95=441.6 кН; D_min=125.4×0.85×1.95=207.9 кН, где åy-сумма ординат линий влияния давления двух подкрановых балок на колонну; то же от четырёх кранов на среднюю колонну с коэфф. сочетаний g_I=0.7 равна 2×D_max=2×266.5×0.7×1.95=727.5 кН.

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении

H=H_min×g_I×åy=7.44×0.85×1.95=12.33 кН.

Ветровая нагрузка.

Нормативное значение ветрового давления по главе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» Aw₀=0.3 кПа (300н/м²). При условии Н/2×l=11.4/2×33=0.17<0.5 значение аэродинамического коэфф. для наружных стен принято: с наветренной стороны с_е=0.8, с подветренной с_е=-0.482.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m с наветренной стороны равно: для части здания высотой до 5м от поверхности земли при коэфф., учитывающем изменения ветрового давления по высоте, k=0.5; w_m1=n₀×k×c_e=300×0.5×0.8=120 н/м²; то же высотой до 10м при k=0.65; w_m2=n₀×k×c_e=300×0.65×0.8=156 н/м²; до 20м k=0.85; w_m3=n₀×k×c_e=300×0.85×0.8=204 н/м² 

На высоте 11.4м в соответствии с линейной интерполяцией с наветренной стороны:

w_m4=w_m2+[(w_m3-w_m2)/10]×(H_l-10)=156+[(204-156)/10]×(11.4-10)=162.72 н/м²

Переменную по высоте ветровую нагрузку с наветренной стороны заменяют равномерно распределённой, эквивалентной по моменту в заделке консольной балки длиной 9.6м.

н/м²

С подветренной стороны w_ms=(c_l3/c_l)×w_m=(0.482/0.8)×133.1=80.2 н/м². Расчётная равномерно распределённая ветровая нагрузка на колонны до отметки 9.6м при коэфф. надёжности по нагрузке g_f=1.4, коэфф. надёжности по назначению g_n=0.95: с наветренной стороны p=w_m×a×g_f×g_n=133.1×6×1.4×0.95=1062.14 н/м; с подветренной стороны p_s=80.2×6×1.4×0.95=639.996 н/м.

 

Расчётная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 9.6м

5. Определение усилий в стойках рамы при различных схемах загружения.

                         

e^в_ст=(s+h_в)/2=(0.3+0.38)/2=0.34м

e^н_ст=(s+h_н)/2=(0.3+0.5)/2=0.4м е=(h_н-h_в)/2=0.5-0.38/2=0.06м е_пб=l-(h_н/2)=0.75-(0.5/2)=0.5м а=h_пб+h_p=0.1+0.12=1.12м

 

Определение моментов:

-от постоянной нагрузки в уровне верха колонны: М₁=-F_ст^в×e^в_ст=-37.62×0.34=-12.79 кН/м в уровне консоли:

М₂=-(F_п+F_к^в)×е-(F_ст^в+F^н_ст)×e^н_ст+F_пб×e_пб=-(411.76+18.7)×0.06-(37.62+40.63)×0.4+43.89×0.5=-35.18 кН/м

-от снеговой нагрузки в уровне верха колонны

М₁=0

в уровне консоли:

М₂=-F_сн×е=-92.2×0.06=-5.532 кН/м

Двупролетная рама

+------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------¦  N  ¦Нагрузка ¦ ¦        Колонна по оси А       ¦       Колонна по оси Б        ¦       Колонна по оси В         ¦                       ¦      +----------------------------------+---------------------------------+----------------------------------------------¦

¦ п/п ¦                ¦ ¦ Сеч 01    ¦   10   ¦  12   ¦  21   ¦    01   ¦  10    ¦   12   ¦   21     ¦    01   ¦    10   ¦  12   ¦  21   ¦

+----+-----------++-----------+------+------+------+-------+------+-------+--------+-------+-------+------+------¦

¦      ¦Постоян-¦M¦       -12.8¦   11.6¦  -23.6¦  15.1¦     0.0¦     0.0¦     0.0¦       0.0¦    12.8¦  -11.6¦   23.6¦ -15.1¦

¦ 1   ¦  ная        ¦N¦         39.9¦   58.6¦ 143.2¦182.3¦     4.6¦    29.2¦ 117.0¦   156.1¦   39.9¦   58.6¦  143.2¦182.3¦

¦      ¦                ¦Q¦               ¦           ¦    6.5¦    6.5¦          ¦            ¦    0.0¦       0.0¦           ¦         ¦     -6.5¦   -6.5¦

+---+-----------+-+----------+-------+-------+-----+-------+-------+------+--------+-------+------+-------+------¦

¦      ¦                ¦M¦         0.0¦      2.5¦    -3.0¦       1¦    0.0¦      0.0¦     0.0¦       0.0¦      0.0¦   -2.5¦      3.0¦  -1.0¦

¦ 2   ¦ Снег       ¦N¦        92.2¦    92.2¦   92.2¦  92.2¦ 184.4¦  184.4¦184.4¦   184.4¦    92.2¦   92.2¦   92.2¦  92.2¦

¦      ¦                ¦Q¦               ¦           ¦     0.7¦    0.7¦          ¦           ¦    0.0¦       0.0¦           ¦          ¦   -0.7¦   -0.7¦

+---+-----------+-+----------+-------+-------+-----+-------+-------+------+-------+--------+------+------+-------¦

¦      ¦Крановая¦M¦         0.0¦  -99.7¦  121.1¦ -37.1¦     0.0¦    78.7¦ -77.2¦   -47.7¦       0.0¦    1.7¦    1.7¦     4.4¦

¦ 3   ¦  Dmax    ¦N¦          0.0¦     0.0¦  441.6¦ 441.6¦    0.0¦      0.0¦ 207.9¦  207.9¦       0.0¦    0.0¦    0.0¦     0.0¦

¦      ¦  по А     ¦Q¦                ¦          ¦  -26.5¦  -26.5¦         ¦           ¦   20.9¦    20.9¦            ¦         ¦    0.4¦     0.4¦

+---+-----------+-+----------+-------+------+-------+------+-------+-------+-------+-------+------+------+-------¦

¦      ¦Крановая¦M¦         0.0¦  -55.8¦   48.2¦   -40.2¦    0.0¦  154.8¦-176.4¦    69.1¦      0.0¦   -8.0¦   -8.0¦  -20.7¦

¦ 4   ¦  Dmin     ¦N¦          0.0¦     0.0¦ 207.9¦  207.9¦    0.0¦      0.0¦  441.6¦  441.6¦      0.0¦    0.0¦    0.0¦     0.0¦

¦      ¦  по А      ¦Q¦               ¦          ¦  -14.8¦  -14.8¦         ¦            ¦   41.1¦    41.1¦           ¦         ¦   -2.1¦    -2.1¦

+---+-----------+-+----------+-------+------+-------+------+-------+-------+-------+-------+------+------+-------¦

¦      ¦Крановая¦M¦         0.0¦   -10.9¦ -10.9¦    23.6¦    0.0¦        2¦          2¦     5.1¦      0.0¦    1.8¦    1.8¦      4.8¦

¦ 5   ¦ T по А   ¦N¦          0.0¦      0.0¦    0.0¦      0.0¦    0.0¦      0.0¦       0.0¦     0.0¦      0.0¦    0.0¦    0.0¦      0.0¦

¦      ¦                ¦Q¦               ¦           ¦    5.8¦      5.8¦         ¦           ¦      0.5¦     0.5¦            ¦         ¦    0.5¦     0.5¦

+---+-----------+-+----------+-------+------+-------+------+-------+-------+------+--------+------+------+-------¦

¦      ¦Крановая¦M¦         0.0¦         2¦       2¦      5.1¦    0.0¦   -12.6¦   -12.6¦   19.3¦       0.0¦      2¦       2¦     5.1¦

¦ 6   ¦ T по Б    ¦N¦          0.0¦      0.0¦    0.0¦      0.0¦    0.0¦      0.0¦      0.0¦     0.0¦       0.0¦    0.0¦    0.0¦     0.0¦

¦      ¦                ¦Q¦               ¦           ¦    0.5¦      0.5¦         ¦           ¦      5.3¦     5.3¦            ¦         ¦    0.5¦     0.5¦

+---+-----------+-+----------+-------+------+-------+------+-------+-------+-------+--------+-----+------+-------¦

¦      ¦ Ветер     ¦M¦         0.0¦         4¦       4¦    49.6¦    0.0¦    13.1¦    13.1¦    33.8¦       0.0¦    7.2¦    7.2¦   42.4¦

¦ 7   ¦ слева      ¦N¦          0.0¦     0.0¦    0.0¦      0.0¦     0.0¦     0.0¦      0.0¦      0.0¦       0.0¦    0.0¦    0.0¦     0.0¦

¦      ¦                ¦Q¦               ¦           ¦    3.6¦   11.7¦          ¦          ¦       3.5¦     3.5¦            ¦         ¦    3.4¦     8.3¦

+---+-----------+-+----------+-------+------+-------+-------+------+-------+-------+-------+------+------+-------¦

¦      ¦ Ветер     ¦M¦         0.0¦     -7.2¦   -7.2¦  -42.4¦     0.0¦ -13.1¦   -13.1¦   -33.8¦      0.0¦   -4.0¦   -4.0¦  -49.6¦

¦ 8   ¦ справа    ¦N¦         0.0¦       0.0¦    0.0¦     0.0¦     0.0¦    0.0¦      0.0¦      0.0¦       0.0¦     0.0¦    0.0¦     0.0¦

¦      ¦                 ¦Q¦             ¦            ¦   -3.4¦    -8.3¦          ¦         ¦     -3.5¦    -3.5¦            ¦          ¦   -3.6¦  -11.7¦

+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+

 

6. Расчёт прочности колонны.

Данные для расчёта сечений: бетон тяжёлый класса В15, подвергнутый тепловой обработке              при атмосферном давлении, R_b=8.5 МПа; R_bt=0.75 МПа; Е_b=20.5×10³ МПа. Арматура класса А-III, d>10мм, R_s=R_sc=365 МПа, E_s=2×10⁵ МПа.

Средняя колонна.

Сечение 1-0 на уровне верха консоли колонны. Сечение колонны bxh=50x50см при а=а’=4см; полезная высота сечения